嵊州市并网小水电站孤网异常运行对策研究

斯震波，王 平

（1.嵊州市艇湖枢纽开发有限公司，浙江 嵊州 312400；2.嵊州市水利水电局，浙江 嵊州 312400）

1 嵊州市小水电并网的弊端

嵊州市的小水电站分布广泛，数量众多，现有并网的农村水电站120余座，大部分建造时间较早，仅配有常规简单继电保护装置。除了几座装机容量1000KW以上的电站采用专线并网外，其余容量不大的电站均在附近的10KV农村供电线路上T接并网,因线路开关跳闸无法及时响应而造成孤网运行的状况时有发生。

小水电在发供电混合线路上并网的优点是节约了线路和变电所投资，使上网电量在本线路就近消化，避免了长距离、大负荷迂回输电，减小了线路损耗。但小水电在发供电混合线路上并网的弊端也不容忽视。

（1）断路器跳闸停电的机率较高。农村10KV线路一般路径较长、分支多，设计标准低，可靠性不高，而且线路经过地段地形复杂，树木毛竹较多，在台风、冰冻等异常天气下，常易发生短路和断线接地的故障，因此变电所出线断路器故障跳闸停电的机率较高。

（2）用户用电质量及安全性造成极大影响。随着农村经济的发展，小型加工设备和家电拥有量大大增加，用电户对用电质量、可靠性的要求也随之提高。当变电所出线开关或线路中段的分支开关跳闸时（或高压跌开式熔断器熔断），有可能出现正在并网运行的小水电带着本线路负荷进入孤网运行的异常状况。此时若本线路发电与用电功率相差悬殊，正在运行的水轮发电机组会产生严重过压、过频或欠压、低频，机组有关继电保护就会动作跳闸、关机，本线路马上停电；若此时小水电上网功率与用电负荷相差不多，由于电站继电保护配置较为简单，虽线路已与电网解列，但电压和频率已偏离额定值较多，发电机的电流和电压参数可能达不到过电流、过电压或失压脱扣等保护的动作整定值，发电机出口断路器不会跳闸，如值班人员不能及时发现则会使一座或几座小水电以孤网形式在较长的时间内维持异常运行状态，对孤网线路内用户的用电质量及安全性将造成极大的影响。2011年，嵊州市内某山区乡镇输电线路就曾因变电所开关意外跳闸和检修需要拉开分支开关后，线路内正并网运行的几座小水电站未及时跳闸停机，发生了二起较长时间的孤网运行事件。在此期间，因线路电压、频率异常，很多户家庭正在使用的电视、冰箱等电器损坏，造成了较大的经济损失。

2 小水电孤网长时运行危害及原因分析

非经电力调度安排，一条输电线路以孤网的方式长时运行不仅违反并网协议，还会对供电可靠性和线路检修作业带来较大的危害：一是变电所的出线断路器不能迅速重合闸恢复送电（此时线路与电网的频差、压差较大，线路重合闸装置的检同期无法满足要求），降低了线路的供电可靠性；二是由于小水电站的自动调压、调频装置性能较差或没有自动调压、调频装置，使得孤网运行的线路电能质量差（电压、频率过高、过低），可能造成用户电气设备损坏；三是可能危及线路检修工作人员的生命安全。

单机容量小于500kW、发电机电压为400V的农村小水电，配置的继电保护和自动装置一般都较为简单，发电机的常规保护有：过电流、过电压保护，以及断路器本身的电磁瞬时脱扣、失压脱扣和热继电器的过载保护。而500kVa及以下容量的升压变压器保护更为简单，一般只有高压跌开式熔断器（稍大一点电站的装有户外柱上式油开关或真空断路器），小型水轮机的导叶（或喷针、折向器）控制一般为手动或手电二用的调速器。配有简单保护装置的电站对于常见的相间短路或甩负荷过电压故障，能够可靠动作自动跳闸、关机，但对带近区负荷孤网运行的异常状态监测精度不够，不能可靠动作跳闸关机。

要避免小水电站孤网运行的异常状态，根据当前的条件，几百千瓦装机的小水电都改用专线并网存在一定困难。因此供电部门应在线路计划停电时提前通知电站停机，同时针对小水电较多的线路，供电部门要求小水电采取相应技术措施避免孤网运行，并加强监测停机保护装置的研究与应用。

3 嵊州市小水电孤网运行的鉴别及监测

3.1 鉴别方法

小水电管理单位经过专题调查分析，最终确定采用经济实用且简单的频率监测技术对小水电孤网运行状态进行鉴别。

我国大电网频率标准是：正常时50±0.2HZ，发生障碍时50±0.5HZ不超过15分钟，事故时50±1.0HZ，不超过15分钟。实际上当前电网的频率是非常稳定的，一般不会超过50±0.5HZ的范围。在混合线路上并网的小水电站一般只装有手电两用调速器，没有性能良好的自动调频装置（自动调速器），机组转动惯量很小，与电网解列变为孤网运行后，线路的供电频率波动势必会超出50±2HZ的范围。因此可将线路频率偏差大小作为判断电站选择大网并列或孤网运行的依据，线路供电频率一旦超出设定范围，频率监测装置即能发出跳闸停机信号，警示电站进入孤网状况并及时处理。

电站频率监测装置应安装在发电机的出口断路器（同期点）的电网侧（升压变压器的低压侧），不能装在主断路器的发电机侧。因尚未并网的发电机频率变化幅度很大，并且有可能出现在电网停电、断路器分闸后需单机孤立运行提供厂用电的特殊运行状况，如安装在主断路器发电机侧将使频率监测装置频繁动作，导致厂用自供无法投入。

3.2 监测装置的选择

当前有许多频率监测装置可供选择：一是采用常规的高频率继电器BGZ、BDZ低频率继电器（安装要求较高、需现场频率校验整定），二是LU-70智能测速测长仪（面板需开孔、整定较为复杂），三是S2FMR1欠过频率保护继电器（现场接线方便、频率整定简单、但整定值为整数、每2HZ为一个级差），四是STK-W-3型微电脑控制器（频率偏差值厂家已设定、价格较高、面板需开孔体积大、但功能较多）。

当前已安装使用较多的是STK-W-3型微电脑控制器，在机组并网后，将运行方式设定为“并网1”，一旦电网频率波动超出49～51HZ，或“并网2”，频率波动范围超出48～52HZ时，即能发出分闸信号，解列停机。该装置还有自动电动调频并网的功能（此功能只有在调频运行方式和同期功能的设定时才有）。另外本市有个别电站已安装有智能测速/测长仪和S2FMR1欠过频率保护继电器、高低周频率继电器，均可实现频率监测功能。

对于报废重建的小水电站以及新建水电站，嵊州市要求普及安装频率监测装置，对于在混合线上并网的运行多年的老电站，按照安装接线简单（不需面板开孔）、现场整定方便、体积小、投资省的原则，市供电和水利部门联合几条山区10kV混合线路上并网的老电站试用S2FMR1欠过频率保护继电器。待试用成熟后，计划在混合线路上并网的小水电站中推广应用，以杜绝小水电孤网运行的异常状态，确保供电线路和小水电站的安全运行。当然对于在混合线路上并网，又装有自动调速器的电站，此法不一定可行，应另作处理。

4 结论

对于没有专线接入电网的农村小水电站，为防止线路跳闸后产生孤网运行并不能自行检测和动作的不利情况，在电站出口加装频率测量装置实现鉴别和控制是一种投资较少，简单、有效的保护措施，在现阶段的试用中起到了较好的效果，具有一定推广价值。

[1]国家电力监管委员会,《电网运行规则》[Z], 2007(1).1:3.

[2]宁仕颖. 小水电存在的问题及其发电机并网运行的状态分析[J], 今日科苑, 2010(14): 57.

[3]吴赛男, 许德志, 周双, 隋欣, 廖文根. 关于“十二五”期间新农村电气化县建设和农村水电配套电网改造工程建设的几点建议[J]. 小水电, 2011(6): 28-30.